CN103697070A - 冗余滚动轴承机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冗余滚动轴承机构，包括齿轮轴，所述齿轮轴的两端对称设有相同结构的冗余滚动轴承机构，所述冗余滚动轴承机构包括固定套，所述固定套活动连接活动座一和活动座二，所述活动座一固定连接轴承，所述轴承的左侧设有监控装置一，所述活动座二固定连接冗余轴承，所述冗余轴承的右侧设有监控装置二，所述活动座一固定连接驱动装置一，所述活动座二固定连接驱动装置二。本发明的有益效果为：可以自动检测轴承工作状态，当轴承将要损坏时，可以在不停止机器运转的情况下自动更换轴承，大大提高了机械系统的可靠性。

Description

冗余滚动轴承机构

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种不用停止机器运转的情况下自动更换轴承的冗余滚动轴承机构。

背景技术

滚动轴承是各种机械装置中常用的基础部件。在现有技术中，如轴承发生损坏，需更换时，须停下正在运行中的设备，然后拆卸更换。停机必然造成损失。更重要的是，一些重要机器设备是不允许随意停机的，如航空、航天、铁路运输、发电机、军用设施等，如轴承在工作过程中损坏，极易造成重大的安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种冗余滚动轴承机构，以克服现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种冗余滚动轴承机构，包括齿轮轴，所述齿轮轴的两端对称设有相同结构的冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述冗余滚动轴承机构包括箱体，所述箱体固定连接固定套，所述固定套活动连接活动座一和活动座二，所述活动座一固定连接轴承的外圈或轴承的内圈，所述轴承的内圈或轴承的外圈固定连接所述齿轮轴，所述轴承的左侧设有用于检测所述轴承周围温度的监控装置一，所述活动座二固定连接所述冗余轴承的外圈或冗余轴承的内圈，所述冗余轴承的内圈或冗余轴承的外圈固定连接所述齿轮轴，所述冗余轴承的右侧设有用于固定所述冗余滚动轴承机构的限位板，所述冗余轴承的右侧设有用于检测活动座二是否移动到工作位的监控装置二，所述活动座一连接用于使所述活动座一轴向移动的驱动装置一，所述活动座二连接用于使所述活动座二轴向运动的驱动装置二。

进一步的，所述监控装置一包括设在轴承左侧的温度传感器，所述温度传感器通过导线连接微控制单元，所述微控制单元连接人机界面键盘及显示器。

进一步的，所述驱动装置一包括固定连接所述活动座一的从动齿轮一，所述从动齿轮一的上部啮合连接主动齿轮一，所述主动齿轮一固定连接电机一，所述电机一的顶部固定连接电机座一，所述电机座一固定连接所述箱体；所述驱动装置二包括固定连接所述活动座二的从动齿轮二，所述从动齿轮二的上部啮合连接主动齿轮二，所述主动齿轮二固定连接电机二，所述电机二的顶部固定连接电机座二，所述电机座二固定连接所述箱体；所述监控装置二包括设在所述固定套右端面上的压力传感器，所述压力传感器的右侧设有用于触发压力传感器的按压部，所述按压部固定连接活动座二的外壁上，所述压力传感器通过导线连接所述微控制单元；可选择的，所述驱动装置一包括固定连接所述箱体的电机座一，所述电机座一的右侧固定连接电机一，所述电机一固定连接凸轮，所述凸轮活动连接从动连杆的中部，所述从动连杆的下端连接设在所述电机座一下方的支架，所述从动连杆的上端设有转轮，所述转轮的外圈连接推拉杆连接块的右侧，所述推拉杆连接块的左侧连接推拉杆，所述推拉杆的左端连接活动座一；所述驱动装置二包括固定连接所述活动座二的从动齿轮二，所述从动齿轮二的上部啮合连接主动齿轮二，所述主动齿轮二固定连接电机二，所述电机二的底部固定连接电机座二，所述电机座二固定连接所述箱体；所述监控装置二包括设在所述限位板的右端面与所述从动齿轮二相对应的位置上设有压力传感器，所述压力传感器通过导线连接所述微控制单元。

进一步的，所述活动座一与轴承连接的面上设有用于防止所述轴承的外圈或轴承的内圈的轴向移动的凸环一，所述活动座二与冗余轴承连接的面上设有用于防止所述冗余轴承的外圈或冗余轴承的内圈的轴向移动的凸环二，所述轴承与所述冗余轴承之间设有挡圈。

进一步的，所述轴承与冗余轴承为圆锥滚子轴承或角接触球轴承，所述电机一与电机二均为伺服电机，所述电机一与电机二内设有制动器，所述电机一与电机二均连接所述微控制单元。

本发明的有益效果为：可以自动检测轴承工作状态，当轴承将要损坏时，可以在不停止机器运转的情况下自动更换轴承，大大提高了机械系统的可靠性。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例一所述冗余滚动轴的轴承工作的结构示意图；

图2是本发明实施例一所述冗余滚动轴的冗余轴承工作的结构示意图；

图3是本发明实施例一所述控制装置的结构示意图；

图4是本发明实施例二所述冗余滚动轴的轴承工作的结构示意图；

图5是本发明实施例二所述冗余滚动轴的冗余轴承工作的结构示意图；

图6是本发明实施例二所述控制装置的结构示意图；

图中：

1、齿轮轴；2、固定套；3、活动座一；4、轴承；5、从动齿轮一；6、主动齿轮一；7、电机一；8、温度传感器；9、电机座一；10、活动座二；11、按压部；12、冗余轴承；13、压力传感器；14、从动齿轮二；15、主动齿轮二；16、电机二；17、电机座二；18、人机界面键盘；19、显示器；20、微控制单元；21、齿轮轴；22、固定套；23、活动座一；24、凹槽；25、通孔；26、推拉杆；27、轴承；28、温度传感器；29、活动座二；30、冗余轴承；31、限位板；32、压力传感器；33、从动齿轮二；34、主动齿轮二；35、电机二；36、电机座二；37、推拉杆连接块；38、转轮；39、从动连杆；40、凸轮；41、电机一；42、支架；43、电机座一； 44、挡圈；45、挡圈；46、凸环一；47、凸环二；48、凸环一；49、凸环二；50、箱体；51、箱体；52、限位板。 

具体实施方式

如图1-3所示，本发明实施例一所述的冗余滚动轴承机构，包括齿轮轴1，所述齿轮轴1的两端对称设有相同结构的冗余滚动轴承机构，所述冗余滚动轴承机构包括箱体50，所述箱体50固定连接的固定套2，所述固定套2的内壁螺纹连接活动座一3和活动座二10，所述活动座一3固定连接轴承4的外圈，所述轴承4的内圈固定连接所述齿轮轴1，所述轴承4的左侧设有用于检测所述轴承4周围温度的监控装置一，所述活动座二10固定连接冗余轴承12的外圈，所述冗余轴承12的内圈固定连接所述齿轮轴1，所述固定套2的右端面上设有用于固定所述冗余滚动轴承机构的限位板52，所述固定套2的右侧设有用于检测活动座二10是否移动到工作位的监控装置二，所述活动座一3连接用于使所述活动座一3轴向移动的驱动装置一，所述活动座二10连接用于使所述活动座二10轴向运动的驱动装置二。

所述监控装置一包括设在轴承4左侧的温度传感器8，所述温度传感器8通过导线连接微控制单元20，所述控制单元20用于处理数据及控制电机一7与电机二16，所述微控制单元20连接人机界面键盘18及显示器19。

所述驱动装置一包括从动齿轮一5，所述从动齿轮一5固定连接在所述安装座一的左端面上，所述从动齿轮一5的上部啮合连接主动齿轮一6，所述主动齿轮一6固定连接电机一7，所述电机一7的顶部固定连接电机座一9，所述电机座一9的形状为L形，所述电机座一9的垂直端的外壁固定连接所述箱体50。

所述驱动装置二包括从动齿轮二14，所述从动齿轮二14的左端面上固定连接活动座二10，所述从动齿轮二14的上部啮合连接主动齿轮二15，所述主动齿轮二15固定连接电机二16，所述电机二16的顶部固定连接电机座二17，所述电机座二17的形状为L形，所述电机座二17的垂直端的外壁固定连接所述箱体50。

所述监控装置二包括设在所述固定套2右端面上的压力传感器13，所述压力传感器13的右侧设有用于触发压力传感器13的按压部11，所述按压部11固定连接活动座二10的外壁上，所述压力传感器13通过导线连接所述微控制单元20。

所述活动座一3与轴承4连接的面上设有用于防止所述轴承4外圈轴向滑动的凸环一46，所述活动座二10与冗余轴承12连接的面上设有用于防止所述冗余轴承12的外圈轴向移动的凸环二47，所述轴承4与所述冗余轴承12之间设有挡圈44；所述轴承4与冗余轴承12优选为圆锥滚子轴承4或角接触球轴承4，所述电机一7与电机二16均优选为伺服电机，所述电机一7与电机二16内设有制动器，所述电机一7与电机二16均连接至微控制单元。

温度传感器8检测轴承4周围的工作温度，当温度超过微控制单元20设定的温度时，微控制单元20发出指令，使电机二16工作，转动主动齿轮二15，带动从动齿轮二14和活动座二10转动并向左移动，当活动座二10的按压部11压到压力传感器13并达到设定压力值时，说明冗余轴承12的外圈移动到工作位，冗余轴承12已进入工作状态，电机二16制动锁定；微控制单元20再发出指令，电机一7工作，转动主动齿轮一6，带动从动齿轮一5和活动座一3转动并向右移动，使轴承4的外圈与其主体脱开接触，退出工作状态，电机一7制动锁定，实现了轴承4和冗余轴承12之间的不停机更换。

如图4-6所示，本发明实施例二所述的冗余滚动轴承机构，包括齿轮轴21，所述齿轮轴21的两端对称设有相同结构的冗余滚动轴承机构，所述冗余滚动轴承机构包括与所述箱体51固定连接固定套22，所述固定套22为空心轴，所述固定套22的外壁螺纹连接活动座二29，所述固定套22的外壁滑动连接活动座一23，所述活动座一23的底部设有凹槽24，所述固定套22上对应所述凹槽24的位置设有通孔25，所述活动座一23固定连接轴承27的内圈，所述轴承27的外圈固定连接所述齿轮轴21，所述活动座二29固定连接冗余轴承30的内圈，所述冗余轴承30的外圈固定连接所述齿轮轴21，所述齿轮轴21的右端面上设有用于固定所述冗余滚动轴承机构的限位板31，所述冗余轴承30的右侧设有用于检测活动座二30是否移动到工作位的监控装置二，所述活动座一23连接用于使所述活动座一23轴向移动的驱动装置一，所述活动座二29连接用于使所述活动座二29轴向运动的驱动装置二。

所述监控装置一包括设在轴承27左侧的温度传感器28，所述温度传感器28通过导线连接微控制单元20，所述微控制单元20用于处理数据及控制电机一41与电机二35，所述微控制单元20连接人机界面键盘18及显示器19。

所述驱动装置一包括固定连接所述箱体51的电机座一43，所述电机座一43的右侧固定连接电机一41，所述电机一41固定连接凸轮40，所述凸轮40活动连接从动连杆39的中部，所述从动连杆39的下端连接设在所述电机座一43下方的支架42，所述从动连杆39的上端设有转轮38，所述转轮38的外圈连接推拉杆连接块37的右侧，所述推拉杆连接块37的左侧连接推拉杆26，所述推拉杆26的形状为L形，所述推拉杆26的短边穿过所述通孔25，且推拉杆26与所述凹槽24连接。

所述驱动装置二包括固定连接所述活动座二29的从动齿轮二33，所述从动齿轮二33的上部啮合连接主动齿轮二34，所述主动齿轮二34固定连接电机二35，所述电机二35的底部固定连接电机座二36，所述电机座二36固定连接所述箱体51。

所述监控装置二包括设在所述限位板31的右端面与所述从动齿轮二33相对应的位置上设有压力传感器32，所述压力传感器32通过导线连接所述微控制单元20。

所述活动座一23与轴承27连接的面上设有用于防止所述轴承27的内圈轴向移动的凸环一48，所述活动座二29与冗余轴承27连接的面上设有用于防止所述冗余轴承30的内圈轴向移动的凸环二49，所述轴承27与所述冗余轴承30之间设有挡圈45；所述轴承27与冗余轴承30优选为圆锥滚子轴承或角接触球轴承，所述电机一41与电机二35均优选为伺服电机，所述电机一41与电机二35内设有制动器，所述电机一41与电机二35均连接至微控制单元。

当温度传感器28检测到工作状态下的轴承27温度异常时，微控制单元20发出指令，电机二35工作，带动主动齿轮二34转动，带动从动齿轮二33转动，带动活动座二29转动，活动座二29和固定套22为螺纹连接，至使活动座二29向左移动，至使从动齿轮二33挤压压力传感器32，当达到设定的压力值时，证明冗余轴承30内圈移动到位，冗余轴承30进入工作状态，电机二35停止工作并制动锁定；微控制单元20再发出指令，电机一41工作，带动凸轮40转动，从动连杆39以支架42之铰链轴为圆心，顺时针转动，从动连杆39的转轮38端嵌在推拉杆连接块37中并向右移动，带动推拉杆26也向右移动，推拉杆26带动活动座一23向右移动，因此至使工作的轴承27的内圈和轴承27主体分离，处于脱开工作状态，实现了轴承27和冗余轴承30之间的不停机更换。

本发明具体实施例一和实施例二的原理，用温度传感器8，28检测工作的轴承4，27的温度或者其工作区域附近的温度，温度异常升高将是轴承4，27损坏的先兆。当控制部件检测到温度异常时，通过驱动装置二将冗余轴承12的外圈或冗余轴承30的内圈与冗余轴承12，30的主体接合，进入工作状态。其接合状态可通过位置或压力传感13，32检测确定，在装配时，通过检测冗余轴承12，30轴向窜动量或预紧力来标定其位置值或压力值。当冗余轴承12，30进入工作状态后，驱动装置一将异常状态下的轴承4的外圈或轴承27的内圈与轴承4，27主体脱开，退出工作状态，这样就实现了不停机更换工作状态下的轴承4，27；当设备检修时，可更换有异常的轴承4，27，恢复冗余状态。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冗余滚动轴承机构，包括齿轮轴（1，21），所述齿轮轴（1，21）的两端对称设有相同结构的冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述冗余滚动轴承机构包括箱体（50，51），所述箱体（50，51）固定连接固定套（2，22），所述固定套（2，22）活动连接活动座一（3，23）和活动座二（10，29），所述活动座一（3，23）分别连接轴承（4）的外圈或轴承（27）的内圈，所述轴承（4）的内圈或轴承（27）的外圈分别固定连接所述齿轮轴（1，21），所述轴承（4，27）的左侧设有用于检测所述轴承（4，27）周围温度的监控装置一，所述活动座二（10，29）分别固定连接所述冗余轴承(12)的外圈或冗余轴承(30)的内圈，所述冗余轴承(12)的内圈或冗余轴承(30)的外圈分别固定连接所述齿轮轴（1，21），所述冗余轴承（12，30）的右侧设有用于固定所述冗余滚动轴承机构的限位板（52，31），所述冗余轴承（12，30）的右侧设有用于检测活动座二（10，29）是否移动到工作位的监控装置二，所述活动座一（3，23）连接用于使所述活动座一（3，23）轴向移动的驱动装置一，所述活动座二（10，29）连接用于使所述活动座二（10，29）轴向运动的驱动装置二。

2.根据权利要求1述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述监控装置一包括设在所述轴承（4，27）左侧的温度传感器（8，28），所述温度传感器（8，28）通过导线连接微控制单元（20），所述微控制单元（20）连接人机界面键盘（18）及显示器（19）。

3.根据权利要求1述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述驱动装置一包括固定连接所述活动座一（3）的从动齿轮一（5），所述从动齿轮一（5）的上部啮合连接主动齿轮一（6），所述主动齿轮一（6）固定连接电机一（7），所述电机一（7）的顶部固定连接电机座一（9），所述电机座一（9）固定连接所述箱体（50）。

4.根据权利要求1述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述驱动装置二包括固定连接所述活动座二（10）的从动齿轮二（14），所述从动齿轮二（14）的上部啮合连接主动齿轮二(15)，所述主动齿轮二(15)固定连接电机二（16），所述电机二(16)的顶部固定连接电机座二(17)，所述电机座二(17)固定连接所述箱体(50)。

5.根据权利要求1述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述监控装置二包括设在所述固定套（2）右端面上的压力传感器（13），所述压力传感器（13）的右侧设有用于触发压力传感器（13）的按压部（11），所述按压部（11）固定连接活动座二（10）的外壁上，所述压力传感器（13）通过导线连接所述微控制单元（20）。

6.根据权利要求1述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述驱动装置一包括固定连接所述箱体(51)的电机座一(43)，所述电机座一(43)的右侧固定连接电机一(41)，所述电机一(41)固定连接凸轮(40)，所述凸轮(40)活动连接从动连杆(39)的中部，所述从动连杆(39)的下端连接设在所述电机座一(43)下方的支架(42)，所述从动连杆(39)的上端设有转轮(38)，所述转轮(38)的外圈连接推拉杆连接块(37)的右侧，所述推拉杆连接块(37)的左侧连接推拉杆(26)，所述推拉杆(26)的左端连接活动座一(23)。

7.根据权利要求1述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述驱动装置二包括固定连接所述活动座二（29）的从动齿轮二（33），所述从动齿轮二（33）的上部啮合连接主动齿轮二（34），所述主动齿轮二（34）固定连接电机二（35），所述电机二（35）的底部固定连接电机座二（36），所述电机座二（36）固定连接所述箱体（51）。

8.根据权利要求1述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述监控装置二包括设在所述限位板（31）的右端面与所述从动齿轮二（33）相对应的位置上设有压力传感器（32），所述压力传感器（32）通过导线连接所述微控制单元（20）。

9.根据权利要求1所述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述活动座一（3）和活动座二（10，29）与所述固定套（2，22）采用螺纹连接，所述活动座一（23）与所述固定套（22）采用滑动连接，所述活动座一（3，23）与轴承（4，27）连接的面上设有用于防止所述轴承的外圈或轴承的内圈的轴向移动的凸环一（46，48），所述活动座二（10，29）与冗余轴承（12，30）连接的面上设有用于防止所述冗余轴承的外圈或冗余轴承的内圈的轴向移动的凸环二（47，49），所述轴承（4，27）与所述冗余轴承（12，30）之间设有挡圈（44，45）。

10.根据权利要求1述的一种冗余滚动轴承机构，其特征在于：所述轴承（4，27）与冗余轴承（12，30）为圆锥滚子轴承或角接触球轴承，所述电机一（7，41）与电机二（16，35）均为伺服电机，所述电机一（7，41）与电机二（16，35）内设有制动器，所述电机一（7，41）与电机二（16，35）均连接所述微控制单元（20）。

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